Методы разработки вечномерзлого грунта на Крайнем Севере

Размещение научных статей.
Ответить

Вам понравилась статья?

Да
2
100%
Да, но есть вопросы
0
Голосов нет
Нет
0
Голосов нет
 
Всего голосов: 2

Юлия Костюкова
Reactions:
Сообщения: 1
Зарегистрирован: 10 дек 2020, 11:47
Контактная информация:

Методы разработки вечномерзлого грунта на Крайнем Севере

Сообщение Юлия Костюкова »

Костюкова Ю.С., студент,
Северо-Восточный Федеральный университет (филиал),
г.Нерюнгри,
E-mail: jkostucova@gmail.com.

Научный руководитель:
Доцент, к.т.н., исп. о. зав. кафедры СД Косарев Л.В.


На Крайнем Севере грунты обладают особенными физико-механическими свойствами, которые в отличие от других имеют в своем составе вязко-пластичный лед, твердые минеральные частицы, жидкую (незамершую) воду и газообразные включения. Эти грунты требуют тщательные геологические изыскания, так как в теплый период становятся наиболее подвижными и нестабильными из-за четырехфазной природы состава. Факторами, которые характеризуют нестабильность вечномерзлых грунтов, являются: изменение температуры в естественных условиях под воздействием возведенного здания, изменение напряженного состояния под влиянием внутреннего и внешнего влияний, время действия нагрузки, обусловливающее релаксацию напряжений и ползучесть. Если сооружения были возведены без принятия особых свойств таких грунтов во внимания и мер, возникают недопустимые деформации, затрудняющие эксплуатацию зданий или приводящие к дальнейшему разрушению. Одним из таких являются просадки, сопровождающиеся выдавливанием растаявшего грунта, от чего возникает морозное пучение. В проекте оснований и фундаментов сооружений, воздвигаемых на вечномерзлых грунтах, необходимо производить наблюдения за их состоянием, в особенности за температурой во время строительства и также в процессе эксплуатации [1].
Таким образом, основания и фундаменты зданий и сооружений следует проектировать на основе результатов специальных инженерно-геологических изысканий, включающих специальные геокриологические и гидрогеологические изыскания. Также учитываются конструктивные и технологические особенности проектируемых сооружений, их тепловое и механическое взаимодействие с многолетнемерзлыми грунтами оснований и возможных изменений геокриологических условий в результате строительства и эксплуатации сооружений и освоения территории, устанавливаемых по данным инженерных изысканий и теплотехнических расчетов оснований. При этом в зависимости от результатов взысканий инженеры-строители выбирают принцип использования многолетнемерзлых грунтов как основание или, по-другому, метод их разработки [2, 10].
В строительстве выделяю два таких принципа или метода. В I принципе грунты используются в мерзлом или промораживаемом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и эксплуатации, а во II – они находятся в оттаивающем или оттаянном состоянии. Выбор следует производить с учетом технико-экономических расчетов и температурного режима грунта. В пределах застраиваемой территории рекомендуется пользоваться только одним методом, если на ней нет различных обособленных рельефов. По глубине заложения d_min фундамента по I принципу учитывают расчетную глубину сезонного оттаивания d_th и определяют по таблице:
таблица.jpg
таблица.jpg (74.84 КБ) 26385 просмотров
При II принципе же в соответствии с требованиями СП 22.13330 глубина заложения зависит от расчетной глубины сезонного оттаивания и уровня грунтовых вод [2, 11-12].
При устройстве принципа использования грунтов в мерзлом состоянии предусматриваются вентилируемые подполья или холодные первые этажи, укладка в основании сооружения вентилируемых труб и каналов, установка сезоннодействующих охлаждающих устройств жидкостного или парожидкостного типа СОУ. Они необходимы для устранения прохождения тепла к грунту, иначе возможно возникновение деформации. В качестве оснований в основном применяются свайные, столбчатые, искусственные и других типов фундаменты. Следовательно, для их возведения необходим морозостойкий ( марок F150, F200, F400), водонепроницаемый (марок W10, W8, W6) и прочный (марок B25, B30, B35) бетон [2, 13].
Расчет основания следует производить при первом принципе по несущей способности – для твердомерзлых грунтов, по ней и деформациям – для остальных типов вечномерзлых грунтов (сильнольдистых, пластично-мерзлых и подземных льдов). Расчет оснований фундаментов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится исходя из условия, что расчетная нагрузка F на основание меньше или равна отношению несущей способности F_u на коэффициент надежности γ_n.
По второй же группе предельных состояний расчет производится из условия, что деформация пластично-мерзлого основания под нагрузкой от сооружения s_f меньше или равна предельно допустимой деформации за расчетный срок его эксплуатации, согласно СП 22.13330. Осадки оснований фундаментов, возводимых на пластично-мерзлых грунтах, следует определять:
а) для ленточных и столбчатых фундаментов - в соответствии с указаниями СП 22.13330, применяя расчетную схему в виде линейнодеформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя конечной толщины;
б) для одиночных свайных фундаментов - по данным полевых испытаний свай статической вдавливающей нагрузкой, а для кустов или групп свай - согласно указаниям СП 24.13330 с использованием расчетных схем, основанных на модели грунта как линейно-деформируемой среды.
Расчетные деформационные характеристики пластично-мерзлых грунтов (коэффициент сжимаемости или модуль деформации) следует принимать по данным компрессионных испытаний при расчетной температуре грунта, устанавливаемой по формуле: T_(m,z,e)=(T_0-T_bf ) α_(m,z,e)+T_bf, где T_0- расчетная среднегодовая температура грунта, T_bf- температура начала замерзания грунта, α_(m,z,e)- коэффициент сезонного изменения температуры. Также их следует принимать по результатам полевых статических испытаний пластично-мерзлых грунтов моделями фундаментов (штампами, сваями) и статического зондирования [2, 25-28].
По второму принципу расчет оснований по первой группе предельных состояний (по несущей способности) следует проводить для фундаментов мелкого заложения в соответствии с требованиями СП 22.13330, для свайных фундаментов - в соответствии с требованиями СП 24.13330, по второй группе предельных состояний (по деформациям) следует производить с учетом совместной работы основания и сооружения. Без учета совместной работы условие будет выглядеть так: s≤s_u, где s- осадка основания фундамента, а s_u- предельное значение осадки фундамента. С учетом совместной работы по деформации формула будет такая: F_f≤F_fd⁄(γ_c γ_n ), где F_fd- предельные значения сопротивления элементов конструкций сооружения, γ_c- коэффициент условий, принимаемый как 1,25, γ_n- коэффициент надежности, приравниваемый 1,2 к сооружениям повышенной ответственности, 0,95 – нормальной и 0,9 – пониженной.
Таким образом, мы можем выделить два принципа разработки вечномерзлых грунтов: первый – это использование грунта в мерзлом состоянии, которое следует поддерживать в течение всего срока эксплуатации, второй – в полурастаявшем или полностью растаявшем состоянии. При возведении фундамента на таком грунте следует учитывать как само его состояние, так и технические исследования. Это связано с тем, что при непрофессиональном подходе к разработке фундамента на таком грунте может произойти непоправимого – это разрушение здания во время его эксплуатации из-за деформации. Например, у нас в городе Нерюнгри из-за неверно произведенных геологических изысканий и несерьезного подхода торговый центр «Планета» частично обрушился, из-за чего пришлось полностью сносить здание и возводить все заново, как сообщал владелец в «Индустрии Севера» [3]. Ссылка на интервью располагается в источниках. Можно сказать, что разработка вечномерзлых грунтов на Крайнем Севере является самым важным этапом при возведении нулевого цикла при строительстве.

Список литературы
  • 1. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов [Текст]: Учебное пособие. – Москва: Высшая школа, 1973. – 448 с. с илл.
    2. СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88 (с Изменениями N 1-4). Введ. с 01.01.2013. – Москва: Стандартинформ, 2014.
    3. Торговый центр «Планета»: скоро открытие [Электронный ресурс]: электронный журнал «Индустрия Севера»: Режим доступа. URL: http://indsever.ru/?module=articles&action=view&id=7638, свободный доступ – (дата обращения: 22.11.2020)
Ответить